Titelaufnahme

Titel
Evaluation and modeling of power control information in a 3G cellular mobile network / Markus Laner
VerfasserLaner, Markus
Begutachter / BegutachterinRupp, Markus ; Svoboda, Philipp
Erschienen2009
UmfangIX, 81 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Leistungsregelung / UMTS / WCDMA / live 3G Netzwerk / TMA / tracing / outer loop power control / unkodierte Bitfehlerrate / Blockfehlerrate / Messung
Schlagwörter (EN)Power control / UMTS / WCDMA / live 3G network / TMA / tracing / outer loop power control / uncoded bit error ratio / block error ratio / measurement
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-37169 Persistent Identifier (URN)
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Evaluation and modeling of power control information in a 3G cellular mobile network [2.3 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In modernen 3rd Generation (3G) Netzwerken wie zum Beispiel Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) wird Wide-band Code Division Multiple Access (WCDMA) als Zugriffsmethode für die Luftschnittstelle verwendet. Dabei spielt Leistungskontrolle eine sehr wichtige Rolle, Interferenzen und Leistungsverbrauch können auf ein Minimum beschränkt und somit auch der Datendurchsatz maximiert werden.

Aus diesem Grund wird in UMTS eine strikte Leistungsregelung verwendet, welche aus einem inneren und einem äußeren Regelkreis besteht. Die jeweiligen Bezeichnungen sind Inner Loop Power Control (ILPC) und Outer Loop Power Control (OLPC). Während sich die ILPC im Laufe der letzten Jahre stetig weiterentwickelte, gab es keinen entsprechenden Fortschritt der OLPC zu verzeichnen. Entsprechende Literatur ist rar. Die OLPC ist ein Regelungsalgorithmus, der versucht die Blockfehlerrate konstant zu halten, indem das empfangene Signal zu Störungs-Verhältnis entsprechend angepasst wird. Das geschieht mit Hilfe einer Rückkopplung zum Sender.

In letzter Zeit wurde festgestellt, dass der OLPC Algorithmus regelmäßige Fehlermuster bei der Übertragung verursacht. Dies ist ein Zeichen für suboptimale Auslegung und Verbesserungspotenzial.

In dieser Diplomarbeit sollen die Schwachstellen des OLPC Algorithmus Festgestellt und Verbesserungsmöglichkeiten erarbeitet werden. Dies soll mit Hilfe von ausgiebigen Messungen in einem in Betrieb stehenden UMTS Netzwerk erreicht werden, wofür leistungsfähige Software zur Verfügung steht. Die erhaltenen Messergebnisse zeigen das Verhalten des OLPC Algorithmus im Detail, welches anschließend mithilfe von statistischen Methoden modelliert wurde. Zusätzlich ist nach weiteren Parametern gesucht worden, mit denen der Regelungsmechanismus verbessert werden könnte.

Dabei stellte sich die unkodierte Bitfehlerrate, genannt Bit Error Ratio (BER), als ein Wert heraus, der mit der Blockfehlerrate stark korreliert ist.

In weiterer Folge wird ein neuer Algorithmus vorgeschlagen, der sich die in der unkodierten Bitfehlerrate enthaltene Information zu Nutze macht um ein verbessertes Verhalten zu garantieren. Um die Leistungsfähigkeit dieser Methode beurteilen zu können wurden Simulationen durchgefhrt. Die resultierende Erkenntnis ist, dass der hier vorgeschlagene Algorithmus durchaus Potenzial zur Leistungssteigerung hat. Unter verschiedenen Umständen, wie zum Beispiel konstanten und dynamischen Leistungsanforderungen, wurden zwischen 0.2 und 1 dB an eingesparter mittlerer Leistung geschätzt. Außerdem ist der hier vorgeschlagene Algorithmus standardkonform und relativ einfach zu implementieren.

Zusammenfassung (Englisch)

In modern 3rd Generation (3G) networks such as Universal Mobil Telecommunication System (UMTS) Wide-band Code Division Multiple Access (WCDMA) is used for communication radio links. Power control is a very important issue in WCDMA, it reduces interference and power consumption of the transmission and therefore it needs to be addressed in relation with throughput maximization. Due to this fact UMTS deploys a strict power control, composed by the Inner Loop Power Control (ILPC) and the Outer Loop Power Control (OLPC). Whereas the ILPC was hardly tried to optimize in the last couple of years, the OLPC did not receive a comparable amount of attention. It seems not to undergo any evolution and there finds only few literature about optimization issues. The OLPC is a controller which adjusts the received Signal to Interference Ratio (SIR) to a predefined Block Error Ratio (BLER) by means of feedback to the transmitter. In resent research the OLPC algorithm was identified to introduce regular error patterns into radio connections, what is a sign for possible room of improvement.

This thesis aims to identify impairments of the OLPC algorithm and to find room for improvement by means of extensive measurements in a UMTS network. The measurements were performed in the UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), by the aid of a powerful tracing tool.

Measurement results have shown the nature of the uplink OLPC algorithm in detail. The behavior was characterized with the aid of statistical models. Furthermore additional parameters have been investigated, whereas especially one revealed a strong correlation to the BLER, i.e.

the uncoded Bit Error Ratio (BER).

In consequence a new OLPC algorithm is proposed in this work, which exploits the additional information of the uncoded BER. In order to evaluate the possible gain simulations have been performed, which compare the old and new algorithm. The outcome is that the new algorithm is able to improve the power control mechanism. Under different conditions, i.e. constant and dynamic SIR demands, the gain was estimated between 0.2 dB and 1 dB difference in mean SIR, what can directly be interpreted as power savings of the same magnitude.

The new algorithm is totally standard compliant and easy to implement in existing networks.